기본 컴퓨터 프로그래밍

1. 기본 컴퓨터 프로그래밍 Lecture #6

2. 강의 목차 • Introduction • Machine Language • Assembly Language • Assembler • Program Loops • Programming Arithmetic and Logic Operations • Subroutines • Input-Output Programming 컴퓨터시스템구조

3. 강의 개요 (1) • 컴퓨터 시스템에서 하드웨어와 소프트웨어는 상호 영향을 미치기 때문에 컴퓨터 구조를 이해하기 위해서는 하드웨어와 소프트웨어 모두에 대한 지식이 필요 • 소프트웨어(Software) • 컴퓨터에서 실행하기 위해 작성된 프로그램 • 프로그램 작성  일련의 기계명령어를 직접,간접적으로 기술하는 것 • 사용자 위주 프로그래밍 언어의 필요성 • Translate user-oriented symbolic program(alphanumeric character set) intobinary programs recognized by the hardware 컴퓨터시스템구조

4. 강의 개요 (2) • 기본 컴퓨터의 명령어 집합 • 25 개의 기계어 명령어 지원 • Memory Reference Instruction • Register Reference Instruction • Input-output Instruction 컴퓨터시스템구조

5. 기계어 (1) • 프로그램 분류 • 고급 프로그래밍 언어 • 문제해결에 필요한 과정을 고려하여 개발된 언어 • 인간의 언어와 유사 • 컴파일러(Compiler) • 예: 두 수의 더하기(FOTRAN 프로그램) • 기호 코드(Symbolic Code) • 어셈블리 언어(Assembly Language) • 이진 코드의 명령어를 기호로 표현 • 어셈블러(Assembler) 컴퓨터시스템구조

6. 기계어 (2) • 프로그램 분류 • 8진수 또는 16진수 코드 • 이진수 코드를 읽기 쉽게 8진수 또는 16진수로 표현 • 이진 코드 / 기계어(Machine Code) • 실제 메모리 상에 로드되어 CPU에 의해 실행되는 명령어 시퀀스 컴퓨터시스템구조

7. 어셈블리 언어 (1) • 어셈블리 언어 프로그램 작성 규칙 • Documented and published in manuals(from the computer manufacturer) • 정확한 번역을 위해 형식 규정을 잘 지켜 프로그램을 작성하여야 함. • 기본 컴퓨터의 어셈블리 프로그램 작성 규칙 • 어셈블리 언어 프로그램의 각 줄은 세 개의 필드(field)로 구성 • 1) Label field : empty or symbolic address • 2) Instruction field : machine instruction or pseudo-instruction • 3) Comment field : empty or comment • 기호 주소: Symbolic Address(Label field) • One, two, or three, but not more than three alphanumeric characters • The first character must be a letter; the next two may be letters or numerals • A symbolic address is terminated by a comma(recognized as a label by the assembler) 컴퓨터시스템구조

8. 어셈블리 언어 (2) • 기본 컴퓨터의 작성 규칙 (계속) • 명령어 필드 : Instruction Field • 1) A memory-reference instruction(MRI) • Ex) ADD OPR(direct address MRI), ADD PTR I(indirect address MRI) • 2) A register-reference or input-output instruction(non-MRI) • Ex) CLA(register-reference), INP(input-output) • 3) A pseudoinstruction with(ORGN) or without(END) an operand : Tab. 6-7 • 의사 명령어(Pseudoinstruction)은 기계어 명령어가 아니고 어셈블러(Assembler)에게 필요한 정보만 제공 • 주석 필드 : Comment field • must be preceded by a slash(recognized by assembler as comment) 컴퓨터시스템구조

9. 어셈블리 언어 (3) • 예제 프로그램 : 표. 6-8 • 83 -( -23 ) = 83 + ( 2’s Complement of -23)= 83 + 23 컴퓨터시스템구조

10. 어셈블리 언어 (4) • 어셈블리 프로그램의 이진 코드 변환 : 2-pass 어셈블러 • 1) 1st scan pass : 사용자 정의 심볼 테이블 생성 • 2) 2nd scan pass : 이진 코드 변환 컴퓨터시스템구조

11. 어셈블러 (1) • 어셈블러(Assember) • 기호-언어 프로그램을 읽어 이진 프로그램으로 번역 • 소스 프로그램(Source Program) • 기호-언어로 작성된 입력 프로그램 • ASCII 코드로 작성된 텍스트 데이터 • 목적 코드(Object Code) • 재배치 가능한(relocatable) 이진 코드 프로그램 • 이진 코드(Binary Code) • 목적 코드와 라이브러리 등을 링크하여 실행 가능한 형태로 생성된 이진 코드 프로그램 컴퓨터시스템구조

12. 어셈블러 (2) • 2-패스어셈블러(2-Pass Assember) • 1-Pass Scan : 사용자 정의 주소 심볼 테이블 생성 • Flowchart  • LC(Location Counter) – 현재 처리되고 있는 명령어나 피연산자에 지정된 메모리 주소값을 저장 • 주소 심볼 테이블 : 표.6-11 참조 컴퓨터시스템구조

13. 어셈블러 (3) • 2-패스어셈블러(2-Pass Assember) (계속) • 2-Pass Scan : 이진 코드 변환 • 다음의 4개의 테이블을 참고하여 어셈블리 명령어를 이진 코드로 변환 (1) 의사명령어 테이블 (2) MRI 테이블 (3) Non-MRI 테이블 (4) 주소 심볼 테이블 • 에러 진단(Error Diagnostics) • 모호한 기계어 코드, 정의가 안된 기호 주소 사용 등 • 에러 메시지 출력 • Flowchart : 다음 페이지 참조 컴퓨터시스템구조

14. 어셈블러 (4) 컴퓨터시스템구조

15. 프로그램 루프 • 프로그램 루프(Program Loops) • A sequence of instructions that are executed many times • 예: • Sum of 100 integer numbers • Fortran 프로그램 • Symbolic Program : 표. 6-13  • 주소 150부터 100 개의 데이터를 더하기 컴퓨터시스템구조

16. 산술 및 논리 연산 프로그래밍 (1) • Hardware implementation • Operations are implemented in a computer with one machine instruction • Ex) ADD, SUB • Software implementation • Operations are implemented by a set of instruction(Subroutine) • Ex) MUL, DIV • 곱셈 프로그램(Multiplication Program) • Positive Number Multiplication • X = multiplicand, Y = multiplier, P = Partial Product Sum • Y를 AC 에 저장한 후 E로 Circular Right • E = 1 : P에 1111을 더함 • E = 0 : 더하지 않음 컴퓨터시스템구조

17. 산술 및 논리 연산 프로그래밍 (2) • 곱셈 프로그램(Multiplication Program) (계속) 컴퓨터시스템구조

18. 산술 및 논리 연산 프로그래밍 (3) • 배정밀도 가산(Double Precision Addition) : 32 bits • 하위 AL + BL 먼저 수행하여 E를 상위에 반영(AH + BH + E) 컴퓨터시스템구조

19. 산술 및 논리 연산 프로그래밍 (4) • 논리 연산(Logic Operations) • Logic Operation 중에서 OR명령이 없다(Tab. 6-1) • 추가하려면 더 긴 Instruction Format 필요 • 해결방법: DeMorgan’s theorem 컴퓨터시스템구조

20. 산술 및 논리 연산 프로그래밍 (5) • 시프트 연산(Shift Operations) • Logical Shift : Zero must added to the extreme position • Shift Right • Shift Left • Arithmetic Shift Right • Positive ( + = 0) • Negative ( -= 1) 컴퓨터시스템구조

21. 서브루틴 (1) • 서브루틴(Subroutine) • 프로그램 내에서 여러 번 사용되는 공통된 명령어 집합 • 기본 컴퓨터에서 주 프로그램과 서브루틴 사이의 링크는 BSA(Branch and Save return Address) 명령어에 의해 실행 • 서브루틴 예제 : Tab. 6-16 컴퓨터시스템구조

22. 서브루틴 (2) • 서브루틴 파라미터와 데이터 링키지(Data Linkage) • Parameter(or Argument) Passing • 서브루틴이 호출될 때에는 주 프로그램은 서브루틴이 필요로 하는 데이터를 넘겨주어야 한다 • 2 가지 Parameter Passing 방법 • 1) Data transfer through the Accumulator • Used for only single input and single output parameter • 2) Data transfer through the Memory • 여러 개의 Operand 전달가능 • Operand are often placed in memory locations following the CALL • 2 개의 Parameter Passing 예: Tab. 6-17 • First Operand and Result: Accumulator • Second Operand: Inserted in location following the BSA • BSA후에 2개 Operand 예: Tab. 6-18 • BSA 후에 2개의Operand 사용 • Block 전송 Source와 Destination Address로 사용 컴퓨터시스템구조

23. 서브루틴 (3) 컴퓨터시스템구조

24. 서브루틴 (4) 컴퓨터시스템구조

25. 입출력 프로그래밍 (1) • One-character I/O • Programmed I/O 방식 컴퓨터시스템구조

26. 입출력 프로그래밍 (2) • Two-character I/O • Two character Packing 컴퓨터시스템구조

27. 입출력 프로그래밍 (3) • Store Input Character in Buffer 컴퓨터시스템구조

28. 입출력 프로그래밍 (4) • Compare Two Word 컴퓨터시스템구조

29. 입출력 프로그래밍 (5) • Interrupt Program • Interrupt Condition • Interrupt F/F R= 1 when IEN= 1 and [FGI or FGO= 1] • Save return address at 0000 • Jump to 0001(Interrupt Start) • Interrupt Service Routine(ISR) • 1) Save Register (AC, E) • 2) Check Input or Output Flag • 3) Input or Output Service Routine • 4) Restore Register (AC, E) • 5) Interrupt Enable (ION) • 6) Return to the running program Modified Fetch Cycle과 Reset 시에 IEN=0가 된다 (Ref. Fig. 5-15) 컴퓨터시스템구조